虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在焊接技術(shù)與自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)方面的應(yīng)用研究

嚴(yán)瀚林 陳有祿 楊新田 蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院

虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是將圖像、音視頻、文字等數(shù)字信息通過虛擬與現(xiàn)實(shí)信息疊加，形成三維交互式立體畫面，使用戶在真實(shí)環(huán)境中與數(shù)字對(duì)象進(jìn)行交互的技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)以其沉浸性、生動(dòng)性、可視性的體驗(yàn)、無縫交互等獨(dú)特的教育特性。焊接技術(shù)與自動(dòng)化專業(yè)在教學(xué)過程中理論教學(xué)與實(shí)操教學(xué)需要很好的有機(jī)結(jié)合才可達(dá)到教學(xué)要求，但是在理實(shí)一體化課堂中，學(xué)生施焊危險(xiǎn)性較高、耗材較多、操作時(shí)間較少、部分知識(shí)較難觀察，不能很好焊接保證教學(xué)質(zhì)量，如果將虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到焊接專業(yè)建設(shè)中可以實(shí)現(xiàn)焊接學(xué)習(xí)情境可視、焊接抽象概念形象具體、豐富學(xué)習(xí)資源、多媒體數(shù)據(jù)生動(dòng)教學(xué)內(nèi)容、虛擬和現(xiàn)實(shí)對(duì)比實(shí)現(xiàn)思維方式高階化、將知識(shí)豐富優(yōu)化認(rèn)知負(fù)荷。

1 虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用與特點(diǎn)

虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種基于現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的功能實(shí)現(xiàn)與為達(dá)到對(duì)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景功能實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的虛擬數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)功能性結(jié)合的一種技術(shù)?，F(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的特定時(shí)空條件下原本存在的實(shí)際存因?yàn)楦鞣矫娴木窒扌远梭w不能全部收集到所有需要的信息，但虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將人體能夠接收的信息量增大，將更多的視覺、聽覺、味覺、觸覺等方面的信息，通過三維設(shè)計(jì)軟件、模擬仿真、數(shù)據(jù)平臺(tái)搭建等技術(shù)，將虛擬信息投影到真實(shí)世界，被人所感知，同時(shí)達(dá)到超出現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)把真實(shí)的場(chǎng)景和虛擬添加的信息實(shí)時(shí)地疊加到同一個(gè)畫面或空間存在。

1.1 虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用

虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)總體具有三大技術(shù)特征，實(shí)時(shí)交互性、虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合、三維注冊(cè)（也叫三維配準(zhǔn)），其中三維注冊(cè)是虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)最重要的特征。例如，三維注冊(cè)是主要強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)生成物和現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的對(duì)應(yīng)與疊加的關(guān)系，計(jì)算機(jī)生成物（虛擬存在）的三維坐標(biāo)系和現(xiàn)實(shí)環(huán)境的空間坐標(biāo)必須重合，并且虛擬存在的尺寸必須現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的尺寸達(dá)到1：1的完美融合。

虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)目前主要是通過Maya、solidworks、3D Max等3D建模渲染軟件，以及Unity3D軟件平臺(tái)搭建數(shù)據(jù)平臺(tái)，再使用計(jì)算機(jī)、目鏡、手柄等硬件系統(tǒng)構(gòu)成AR技術(shù)使用平臺(tái)。下面以使用Unity3D、Maya、計(jì)算機(jī)、目鏡、手柄等硬件系統(tǒng)搭建實(shí)現(xiàn)CO2保護(hù)焊增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)操系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)單介紹虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用。

傳統(tǒng)CO2保護(hù)焊實(shí)操過程中，由于弧光較強(qiáng)學(xué)生在施焊過程中對(duì)于弧光觀察不夠，而且對(duì)于剛開始練習(xí)的學(xué)生對(duì)電弧電壓掌握不夠，還有可能存在不規(guī)范、不安全的操作。使用虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)操中進(jìn)行以下兩方面的現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)：設(shè)置安全規(guī)范操作要求、提示、及矯正；在施焊過程中仿真弧光及熔滴過渡方式，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生以第一人稱方式對(duì)焊接參數(shù)的不同引起的焊接聲音、飛濺、弧光、過渡方式、焊接質(zhì)量不同的理解，可以很好讓學(xué)生在實(shí)操過程中規(guī)范安全操作，同時(shí)也可以提升教學(xué)效果，節(jié)約教學(xué)資源。

在此基礎(chǔ)上，CO2保護(hù)焊增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)操系統(tǒng)的搭建內(nèi)容和思路為：

(1）搭建課程體系，設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)，提煉CO2保護(hù)焊實(shí)操過程中的知識(shí)要點(diǎn)、難點(diǎn)，分析學(xué)生預(yù)期學(xué)習(xí)達(dá)到的效果。教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)決定了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的實(shí)現(xiàn)過程中具體內(nèi)容要求、效果要求和引用的技術(shù)手段。

(2）構(gòu)建3D模型及工位。在場(chǎng)景設(shè)計(jì)方面，使用Maya軟件嚴(yán)格按照1：1的比例對(duì)教學(xué)過程中實(shí)操工位進(jìn)行場(chǎng)景建模布景，提升沉浸效果。1：1比例對(duì)CO2保護(hù)焊供氣、送絲、焊機(jī)、線纜、焊槍建模以及渲染。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)CO2保護(hù)焊實(shí)操教學(xué)目標(biāo)要求的各個(gè)學(xué)習(xí)單元沉浸式學(xué)習(xí)效果，完成第一人稱控件設(shè)計(jì)、各個(gè)學(xué)習(xí)單元響應(yīng)模式及效果設(shè)計(jì)。

(3）音頻錄制。項(xiàng)目擬設(shè)計(jì)使用3Dio公司的Free Space系列ProⅡ雙耳音頻麥克風(fēng)雙耳音頻的錄制。要達(dá)到一個(gè)健康人實(shí)際通過聽覺感受現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境的方式來捕捉聲場(chǎng)的效果，是將兩只萬向麥克風(fēng)背對(duì)背放置，相互間距離約為17.78厘米（模擬成）雙耳間的距離，3Dio公司的Free Space系列ProⅡ雙耳音頻麥克風(fēng)雖然不是安裝在仿真頭型內(nèi)，忽略了頭部形狀，但保留了反向?qū)ΨQ心耳。兩只耳朵安裝在兩個(gè)圓盤上，相距約17.78厘米，模擬成人雙耳的間距，從而可以用于完整體驗(yàn)與頭部相關(guān)的傳遞函數(shù)和雙耳聽覺，能夠到學(xué)生能夠完全沉浸在虛擬教學(xué)環(huán)境中的要求。項(xiàng)目擬使用未壓縮的WAV音頻文件，達(dá)到保真效果。

（4）開發(fā)虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)學(xué)習(xí)軟件平臺(tái)。這部分為本課非常重要的一部分，決定學(xué)生能否良好沉浸在學(xué)習(xí)過程中。學(xué)生實(shí)操過程的學(xué)習(xí)過程可以完全看成學(xué)生以第一人稱場(chǎng)景（first—person shooter）在進(jìn)行某款游戲操作，每一個(gè)單元的學(xué)習(xí)也可以認(rèn)為是某一游戲關(guān)卡的通過。所以在平臺(tái)開發(fā)過程中，需要選擇功能齊全、可視化、可多平臺(tái)部署的編輯器。在項(xiàng)目中擬使用Unity3D現(xiàn)代游戲引擎。該引擎具有非常不錯(cuò)的3D渲染、友好的可視化工作流程，支持多維度跨平臺(tái)，加入了自定義的教學(xué)藝術(shù)資源、自定義交互代碼，實(shí)現(xiàn)焊接工位、模擬的物理操作系統(tǒng)，法線貼圖，屏幕空間環(huán)境光遮蔽，學(xué)習(xí)單元各個(gè)部分的動(dòng)態(tài)陰影等。編輯語言使用強(qiáng)類型的C#。開發(fā)沉浸式學(xué)習(xí)平臺(tái)具體研究?jī)?nèi)容有：

構(gòu)建第一人稱置身的3D實(shí)訓(xùn)工位。建立空間，創(chuàng)建地板和內(nèi)部墻體；設(shè)置燈光與攝像機(jī)；導(dǎo)入實(shí)操過程中各個(gè)學(xué)習(xí)單元的3D模型；編寫移動(dòng)及觀察周圍組件腳本。構(gòu)建第一人稱控件 ：響應(yīng)按下焊機(jī)、氣閥、檢氣、送絲機(jī)等的各項(xiàng)功能鍵，設(shè)置獨(dú)立于計(jì)算機(jī)運(yùn)行速率的運(yùn)動(dòng)速率、使用CharacterController應(yīng)用接觸檢測(cè)和反饋。

在3D空間添加系統(tǒng)控制組元。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)平臺(tái)添加交互的手柄。交互的手柄作用有三部分。一是用來焊接系統(tǒng)各類按鈕的功能實(shí)現(xiàn)；二是用來作為學(xué)生選取某個(gè)特定實(shí)操學(xué)習(xí)單元的命令發(fā)射器；三是作為CO2焊接系統(tǒng)的焊槍。

通過游戲中射線射擊的效果，學(xué)生可以使用手柄作為焊槍進(jìn)行施焊。學(xué)生也可以同學(xué)手柄，選擇其他操作學(xué)習(xí)單元。在創(chuàng)建學(xué)習(xí)單元預(yù)設(shè)后，產(chǎn)生學(xué)習(xí)單元預(yù)設(shè)。當(dāng)學(xué)生在進(jìn)入沉浸式學(xué)習(xí)中，我們將創(chuàng)建學(xué)習(xí)單元編寫腳本，使它相應(yīng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)單元的單獨(dú)選取。在使用手柄過程中，使用射線發(fā)射原理發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)單元中設(shè)備或者系統(tǒng)，利用ScreenPointToRaylai“發(fā)射”，并為準(zhǔn)心和擊中點(diǎn)的單元點(diǎn)或者設(shè)備添加可視化提示。

使用基本漫游AI，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的轉(zhuǎn)移視覺效果，學(xué)生可跟蹤電信號(hào)轉(zhuǎn)移進(jìn)入其他學(xué)習(xí)單元。

為沉浸式學(xué)習(xí)平臺(tái)創(chuàng)建美術(shù)資源。構(gòu)建3D場(chǎng)景的同時(shí)使用2D圖像給場(chǎng)景貼圖，在重要的學(xué)習(xí)單元中創(chuàng)建HUD，插入屏幕文字，顯示學(xué)生需要記憶、理解的重要知識(shí)點(diǎn)。

建立焊接模擬系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。一般需要使用Access建立數(shù)據(jù)庫，同時(shí)數(shù)據(jù)庫要可以基于Unity3D平臺(tái)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以成功調(diào)用，需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)條件：一是要在本地電腦上配置ODBC數(shù)據(jù)源，同時(shí)需要數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模板的存儲(chǔ)地址與Unity3D訪問地址關(guān)聯(lián)；二是在Unity3D平臺(tái)編寫相關(guān)程序及腳本。

使用Unity粒子系統(tǒng)創(chuàng)建施焊過程中電弧變化、熔滴過渡方式、飛濺等的視覺效果。

導(dǎo)入WAV音頻文件并實(shí)現(xiàn)代碼觸發(fā)音效或者音頻。因?yàn)閁nity在導(dǎo)入音頻后會(huì)壓縮音頻，所以通常應(yīng)該選擇WAV文件格式。

整合各個(gè)部分，搭建沉浸式教學(xué)平臺(tái)開發(fā)總體的沉浸式學(xué)習(xí)平臺(tái)結(jié)構(gòu)，通過控制任務(wù)流來處理學(xué)生學(xué)習(xí)過程中各個(gè)單元學(xué)習(xí)進(jìn)度。

將平臺(tái)構(gòu)建到Windows PC上。

（5）體驗(yàn)論證。在沉浸式學(xué)習(xí)平臺(tái)建成以后，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)進(jìn)行體驗(yàn)論證。該論證主要論證項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的交互、視覺、聽覺效果與預(yù)期設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)契合程度；沉浸式學(xué)習(xí)系統(tǒng)本身給學(xué)生帶來的不適感程度。

1.2 虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在焊接職業(yè)教育中的研究應(yīng)用現(xiàn)狀

1.2.1 在國(guó)內(nèi)研究應(yīng)用現(xiàn)狀

在國(guó)內(nèi)搭建實(shí)訓(xùn)平臺(tái)方面，由天津大學(xué)提出的一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)觸感技術(shù)而開發(fā)的電弧焊訓(xùn)練系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠通過觸感反饋裝置測(cè)量焊縫長(zhǎng)度，通過焊槍角度、焊接速率、電弧電壓進(jìn)行即時(shí)檢測(cè)來調(diào)用焊接系統(tǒng)來形成相應(yīng)的焊縫或者焊接軌跡，該系統(tǒng)還能實(shí)時(shí)向施焊人員反饋，使得施焊水平得到提升。

由裝甲兵技術(shù)學(xué)院開發(fā)了一個(gè)用于焊條電弧焊仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了軟件、交互技術(shù)、光電傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)焊接過程中運(yùn)條軌跡、施焊速率、焊槍角度以及弧光等十幾項(xiàng)施焊參數(shù)等模擬。

在建立虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)方面。目前已有技術(shù)支撐建立虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)，其中一部分是普通存在的主要是用來開展實(shí)際焊接任務(wù)并通過攝像機(jī)實(shí)時(shí)觀測(cè)熔池信息的焊接機(jī)器人操作系統(tǒng)的UR－5焊接機(jī)器人，該機(jī)器人有六個(gè)自由度，手臂末端裝有GTAW焊槍和攝像機(jī)；另一部分為虛擬焊接系統(tǒng)，由投影儀將攝像機(jī)拍攝到的熔池實(shí)時(shí)投射到虛擬工件上，焊工可以根據(jù)熔池狀態(tài)及時(shí)調(diào)整虛擬焊槍的運(yùn)行速度，同時(shí)傳感器還可以監(jiān)測(cè)焊槍的運(yùn)動(dòng)情況，并通過以機(jī)器人語言控制機(jī)器人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)。

1.2.3 在國(guó)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀

VRTEX360焊接模擬教學(xué)系統(tǒng)是由德國(guó)林肯電氣開發(fā)處出用于輔助加強(qiáng)傳統(tǒng)焊接培訓(xùn)方式的教學(xué)培訓(xùn)工具，支持全位置施焊。值得學(xué)習(xí)的是該系統(tǒng)中的專用焊槍和支架的力學(xué)反饋，讓模擬更真實(shí)。另外，設(shè)備中的磁定位系統(tǒng)可以精準(zhǔn)評(píng)判施焊人員對(duì)工藝的操作規(guī)范程度，促進(jìn)和改進(jìn)焊接技能和焊接身體姿勢(shì)向高質(zhì)量和高效率方向轉(zhuǎn)換，同時(shí)相比傳統(tǒng)焊接培訓(xùn)大大減少材料浪費(fèi)，是同類最佳的高端焊接培訓(xùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)專門設(shè)計(jì)可在簡(jiǎn)單易用且吸引人的焊接培訓(xùn)工具中提供功能全面擴(kuò)展式平臺(tái)。對(duì)于基礎(chǔ)至高級(jí)焊接培訓(xùn)有極高效率，并且對(duì)于員工可以進(jìn)行深層次的技能評(píng)估和實(shí)時(shí)打分，讓公司能對(duì)現(xiàn)有焊工的技能有一個(gè)指導(dǎo)性的評(píng)估，然后根據(jù)評(píng)估設(shè)計(jì)出針對(duì)每一個(gè)焊工的焊接方法和工藝技能培訓(xùn)，使得工廠所有焊接工人的工藝方法完全統(tǒng)一，提高焊接質(zhì)量。

2 虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與焊接技術(shù)與自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)

在焊接教學(xué)中，將知識(shí)、技能能夠在安全、節(jié)能、形象、直觀的情況下讓學(xué)生學(xué)習(xí)到知識(shí)、技能是最理想的狀態(tài)。但是，對(duì)于職業(yè)院校的學(xué)生在學(xué)習(xí)手工焊接實(shí)操技能過程中，對(duì)于初學(xué)者的安全規(guī)范操作不足，由于弧光刺眼，對(duì)電弧與熔滴過渡的狀態(tài)及對(duì)焊接熔池觀察不足，焊槍角度把握不夠，影響了學(xué)生實(shí)操學(xué)習(xí)效果，同時(shí)還存在安全隱患。如果將虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)操教學(xué)中，就可以及時(shí)提醒學(xué)生規(guī)范操作，對(duì)學(xué)生焊接姿勢(shì)及時(shí)提醒調(diào)整，實(shí)時(shí)調(diào)用焊接數(shù)據(jù)展現(xiàn)熔滴過渡方式及焊接熔池狀態(tài)，這樣不僅提升了教學(xué)質(zhì)量，而且節(jié)約了能耗。當(dāng)然，焊接變形處理、焊接結(jié)構(gòu)失效、焊接電源學(xué)習(xí)等知識(shí)的教學(xué)虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)都可以作為教學(xué)手段，提升教學(xué)效果。如果將從專業(yè)建設(shè)角度應(yīng)用虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，焊接技術(shù)專業(yè)與自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)將有很大的提升。

2.1 焊接技術(shù)與自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)和虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

合理配置職業(yè)教育資源，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)體系，推行一體化、多樣化教學(xué)。在專業(yè)課程改革中，需要將焊接專業(yè)課程建設(shè)所需資源整合配置合理。同時(shí)，在專業(yè)核心課程的基本知識(shí)框架和體系中，以成果為導(dǎo)向，緊跟企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)要求，產(chǎn)教融合，利用虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，選擇最優(yōu)教學(xué)手段，設(shè)計(jì)教學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)先模擬練習(xí)掌握基本操作要領(lǐng)，后實(shí)際施焊的模式，提高焊接理論教學(xué)效率，提高焊接實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量及時(shí)效性。

不斷深化焊接技術(shù)與自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革，教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃、教材等開展將虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜合應(yīng)用的綜合研討，以提升學(xué)生理論應(yīng)用能力，提高創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)意識(shí)，養(yǎng)成新時(shí)代中國(guó)工匠為培養(yǎng)目標(biāo)的一體化課程體系的建設(shè)。依據(jù)《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》以及國(guó)家焊工職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及職業(yè)能力要求，確立教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)與目標(biāo)，精化教材主體內(nèi)容，利用虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建合理完善的教學(xué)體系。依據(jù)焊接生產(chǎn)化、工程化的特點(diǎn)，綜合性重視工程識(shí)圖制圖、焊接基礎(chǔ)知識(shí)、材料焊接性知識(shí)、焊接設(shè)備基本知識(shí)、工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)等基本理論與實(shí)踐綜合的教學(xué)，其中焊機(jī)的維修，焊接產(chǎn)品分析，焊接熔池的觀察，焊接機(jī)器人的接線原理，焊接參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量、熔滴過渡、焊接飛濺的影響等學(xué)習(xí)抽象，并且觀察學(xué)習(xí)因各種因素較困難知識(shí)點(diǎn)可以利用虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)較好實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果，同時(shí)虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的利用還可以在教學(xué)中實(shí)時(shí)、形象的開展安全意識(shí)、規(guī)范及職業(yè)守則的職業(yè)道德教學(xué)。在虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)使用中，還要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)要求，注重技能提升，保障學(xué)時(shí)。

重視創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)融合，優(yōu)化教學(xué)手段，加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)。教師需要不僅需要較強(qiáng)的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)能力，還要利用先進(jìn)技術(shù)，具有使用豐富教學(xué)手段的能力。創(chuàng)新教育教學(xué)手段，以項(xiàng)目式教學(xué)為主導(dǎo)，融合理論和操作技能教學(xué)情境，推行虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)使用在“理實(shí)一體化+工程化培訓(xùn)一體化”課程中。

虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將零散的大量的知識(shí)融合到項(xiàng)目學(xué)習(xí)中通過語音推送、2D貼圖、粒子效果渲染等現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)，建立學(xué)生能夠在基礎(chǔ)理論、技術(shù)、前沿的理論課程與制造技術(shù)、質(zhì)量管理、焊后熱處理課程相結(jié)合的完善教學(xué)體系中學(xué)習(xí)。

在虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)使用中，重視實(shí)際操作技能貼近生產(chǎn)教學(xué)，推行小班教學(xué)，加強(qiáng)焊接生產(chǎn)的教學(xué)環(huán)境建設(shè)，提高學(xué)生主體的教學(xué)效果。

針對(duì)典型焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)，將不同的手工焊接方法、半自動(dòng)焊、自動(dòng)焊協(xié)同應(yīng)用，可以通過虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供不同焊接實(shí)施方案為學(xué)生提供進(jìn)行復(fù)雜焊接工藝生產(chǎn)練習(xí)的機(jī)會(huì)。

將虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)、5G技術(shù)、多媒體等手段多樣化應(yīng)用，提升教學(xué)效率。

重視教學(xué)效果反饋，發(fā)現(xiàn)教學(xué)現(xiàn)狀，從專業(yè)建設(shè)的角度進(jìn)行教學(xué)反思，修正教學(xué)方法與策略，提升教學(xué)滿意度。

鼓勵(lì)學(xué)生在虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行技能創(chuàng)新創(chuàng)造，參加技能大賽，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加資格考試，多方位提升學(xué)生學(xué)習(xí)熱情以及知識(shí)技能應(yīng)用能力，提升學(xué)生將新技術(shù)使用到焊接中。

重視學(xué)生主體地位，虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)指導(dǎo)學(xué)生分層學(xué)習(xí)。項(xiàng)目式教學(xué)中需要突出學(xué)生主體地位，針對(duì)職業(yè)院校學(xué)生特點(diǎn)，根據(jù)學(xué)生的差異設(shè)計(jì)分層教學(xué)方案，學(xué)生在學(xué)習(xí)中可以通過虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)項(xiàng)目分層選取。分層教學(xué)中，教學(xué)目標(biāo)、技能水平、成績(jī)考核上，可以細(xì)分考核點(diǎn)，合理安排教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)，提升學(xué)生水平的同時(shí)提升學(xué)生獲得感。重視優(yōu)化考核指標(biāo)，項(xiàng)目中細(xì)分的考核點(diǎn)，突出開放性和應(yīng)用性，為不同層次學(xué)生得到相應(yīng)能力提升。同時(shí)，結(jié)合職業(yè)教育課程考核方式要多樣化，從平時(shí)成績(jī)、實(shí)操效果、課堂表現(xiàn)、項(xiàng)目成果等多方面考核，強(qiáng)調(diào)使用虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣和職業(yè)能力、創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)以及提高。

重視“雙師型”教師隊(duì)伍培養(yǎng)，提升教師生產(chǎn)性教學(xué)指導(dǎo)水平。專業(yè)建設(shè)需要以焊接專業(yè)的操作技能為主線，重視教師職業(yè)技能和專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)，同時(shí)拓寬專業(yè)教師引進(jìn)和聘用方式。鼓勵(lì)教師進(jìn)入企業(yè)積累專業(yè)經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)前沿理論和技術(shù)的同時(shí)，要求教師要轉(zhuǎn)變教學(xué)理念提升教學(xué)手段多樣化的駕馭能力，積極學(xué)習(xí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，培養(yǎng)出跨領(lǐng)域多技能的專業(yè)教師。

2.2 虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在焊接技術(shù)與自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)中需要解決的一些問題

虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在職業(yè)教育領(lǐng)域有著驚人的應(yīng)用潛力，在教育領(lǐng)域最早期也最成功的應(yīng)用是培養(yǎng)特定的實(shí)踐類型的技能，如教授特定技術(shù)勞工知識(shí)、焊接培訓(xùn)、噴漆培訓(xùn)等。虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域大有可為，但在多數(shù)應(yīng)用中，僅提供一定的商業(yè)用途的配置技術(shù)，但是在職業(yè)教育的方法藝術(shù)和科學(xué)上，虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在焊接技術(shù)與自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)方面需要熟悉新技術(shù)或者接受過培訓(xùn)的老師以及安排嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼n程配置，以及充實(shí)的硬件及技術(shù)發(fā)展成熟程度。

沉浸式顯示體驗(yàn)往往面臨著核心延時(shí)問題，即體驗(yàn)者發(fā)起動(dòng)作之后經(jīng)過計(jì)算位置和方向計(jì)算，應(yīng)用程序控制，畫面?zhèn)鬏?，目鏡顯示來完成體驗(yàn)。這個(gè)過程中存在延時(shí)問題，這種延時(shí)是因?yàn)樾盘?hào)處理、傳輸以及關(guān)鍵系統(tǒng)元件的同步延遲，是一項(xiàng)關(guān)鍵性能和適用性標(biāo)準(zhǔn)方面用戶動(dòng)作與系統(tǒng)響應(yīng)間的延時(shí)長(zhǎng)短。使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)目鏡往往會(huì)產(chǎn)生視覺誘發(fā)暈動(dòng)，這種延時(shí)會(huì)降低用戶的沉浸感、身體表現(xiàn)、低臨場(chǎng)感、和舒適程度，目前將這種現(xiàn)象稱為視覺誘發(fā)暈動(dòng)癥（VIMS）。在體驗(yàn)中延時(shí)不可能完全消除，而且還取決于具體位置傳感器、CPU功能、顯示器類型、以及畫面復(fù)雜度。焊接過程中，即時(shí)性非常關(guān)鍵，如觀察弧光、熔滴過渡等過程中如果延時(shí)較大，會(huì)嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量以及用戶的體驗(yàn)，因此，焊接技術(shù)與自動(dòng)化專業(yè)對(duì)虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的應(yīng)用要求較高。

目前，虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)商業(yè)用途較多，但是將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到焊接技術(shù)與自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)中去，就需要焊接專業(yè)人才和虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)專業(yè)人才聯(lián)合開發(fā)，焊接材料、焊接方法、焊接參數(shù)的不同就要有焊條運(yùn)條軌跡模擬、施焊速度、焊槍角度以及弧光等十幾項(xiàng)施焊模擬來支撐，開發(fā)周期長(zhǎng)，成本較高，對(duì)于一所院校專業(yè)來說，這種建設(shè)費(fèi)用過高，較難完成。如果將開發(fā)商業(yè)化，多所高校共同使用，可節(jié)省成本也可使資源有效利用。

3 結(jié)語

新時(shí)代，我國(guó)的虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在職業(yè)教育中進(jìn)行系統(tǒng)性的應(yīng)用尚處于起步階段，且在職業(yè)教育中的應(yīng)用還未普及，但是通過院校開展虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)相關(guān)通識(shí)課程、強(qiáng)化學(xué)校虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)硬件配置和軟件開發(fā)條件、提升教師虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用能力、校企合作構(gòu)建“虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)—專業(yè)建設(shè)”生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，由學(xué)生、教師、教學(xué)資源、成本控制等多個(gè)方面一同發(fā)力，促進(jìn)虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與焊接技術(shù)與自動(dòng)化專業(yè)職業(yè)教育建設(shè)有機(jī)深度融合，使焊接技術(shù)與自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)信息化邁上一個(gè)新的臺(tái)階，從而培養(yǎng)出更多更好的高端技能型人才。